油液分析技術在船舶軸承故障診斷中的應用

程 明

（海軍駐南昌地區航空軍事代表室，江西 南 昌 3 30024）

在對某船主動力裝置進行振動測試時，發現主機推力軸承出現故障特征，由于擔負的任務和修理工程量大，于是采取了降速使用的措施，并使用軸承監測儀器隨時監測振動狀況的變化，同時及時采集潤滑油樣進行分析。后又對該主機推力軸承進行了3次精密振動測試，進一步確定了故障的存在，在主機的油樣中也發現異常磨粒有增加的趨勢。綜合振動測試和油液分析的結果，拆檢前左主機推力軸承，結果證實了診斷的準確性。

該船推力軸承為3個7330AC單列徑向止推滾珠軸承。軸承節圓直徑235mm，軸承內徑150mm，滾動體直徑50.75mm，滾動體個數13個，接觸角25°。振動測試中考慮機艙內主推力軸承實際安裝位置及軸承受力方向，安排了軸承軸向和徑向振動測點。

一、軸承沖擊脈沖測試分析

滾動軸承如果在有缺陷（如疲勞點蝕、裂紋、磨損或混入雜物等）時運轉，就會發生沖擊，引起脈沖沖擊振動。脈沖性振動是一種衰減性振動，因而沖擊脈沖的強弱反映了故障的程度。沖擊脈沖法就是通過沖擊脈沖計來測量滾動軸承的沖擊脈沖值來判斷軸承是否有故障。當軸承工作表面出現損傷時，所產生的實際脈沖值用dBsv表示，它與初始脈沖值dBi之差稱為歸一化沖擊脈沖值dBn。

根據歸一化的沖擊脈沖值dBn可以將軸承的工作狀態分為三個區域進行診斷，軸承工作狀態良好：0～20dB；軸承有輕微損傷：2l～35dB；軸承有嚴重損傷：35dB以上。

利用沖擊脈沖計可以得到沖擊脈沖的最大值dBm和地毯值dBc。根據dBm值和dBm與dBc的差值判斷軸承的技術狀態。

從2008年下半年至2009年上半年，技術人員利用沖擊脈沖計對前左主機推力軸承進行了軸承跟蹤監測。表1是歸一化沖擊脈沖值，測試工況為軸轉速650r／min，測試方向為軸向，初始脈沖值dBi為16dB。

從測試的沖擊脈沖數據看，最大值＞45dB，且與dBm與dBc的差值較大，說明軸承已經嚴重損傷。根據滾動軸承的振動故障特征分析，從表2可以清楚地看到，主推力軸承存在著典型的故障特征頻率。按上述公式計算，得出頻率93.75 Hz為軸承內圈損傷時的特征頻率，而81.25 Hz、106.25 Hz為93.75 Hz頻率的邊頻。同時還伴有二階186.25 Hz、三階280 Hz等諧波及邊頻頻率，三階的有效值高達36.77m ／s2。

經以上分析表明，主推力軸承內圈疲勞點蝕故障特征明顯，軸承損傷嚴重，建議拆檢修理。從拆檢情況看，與監測分析結果相同，推力軸承正車兩道內圈和保持架表層剝落嚴重，滾珠過度磨損。若繼續使用將發生機械事故，不僅會造成很大的經濟損失，而且影響艦艇的在航率和戰斗力。

表1 推力軸承沖擊脈沖測試數據表 dB

表2 推力軸承振動數據表

表3 油樣光譜分析及鐵譜分析數據表

二、潤滑油液分析

由于推力軸承的潤滑是主機潤滑系統的一個分支，所以推力軸承的潤滑油在通過摩擦副后進入主機的循環油柜，而取樣部位是在油泵出油管路上，所以采集的油樣中包含的信息比較豐富，即有主機的又有推力軸承的，這為定位磨損部位帶來了一定難度。但是，通過與振動測試相結合，就可以增加綜合診斷的準確性。

油樣光譜分析及鐵譜分析數據見表3。從表中鐵譜分析結果可見，在該主機滑油監測初期發現了球形磨粒，而球形磨粒正是滾動摩擦導致的最典型磨粒。隨著磨損的加劇，當滾珠表面呈現出點蝕剝落，這時球形磨粒就比較少了，代之形成的是大量的塊狀疲勞剝落磨粒，在后期的多個油樣中均發現了大尺寸的塊狀磨粒。

三、實際驗證情況

在測試過程結束后，修理部門根據測試結果對前左主機推力軸承進行了拆檢，發現推力軸承正車兩道內圈和保持架表層剝落嚴重，滾珠磨損嚴重，符合監測診斷的結果。在更換相關部件及潤滑油隨后的監測中，振動監測及油液分析結果正常，主機故障狀況消失，運行良好。

[1]陳長征，胡立新，周勃，費朝陽.設備振動分析與故障診斷技術 [M].北京：科學出版社，2007.

[2]韓捷，張瑞林.旋轉機械故障機理及診斷技術 [M].北京：機械工業出版社，1997.

[3]毛美娟，朱子新，王峰.機械裝備油液監控技術與應用[M].北京：國防工業出版社，2006.

[4]楊其明.磨粒分析——磨粒圖譜與鐵譜技術 [M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[5]張梅軍.機械狀態檢測與故障診斷 [M].北京：國防工業出版社，2008.